一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法。将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量的范围是2

【技术实现步骤摘要】
一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机光电
，具体涉及一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球人类经济生活快速发展，人们对能源的需求急剧增长，能源问题已成为本世纪面临的重大挑战之一。太阳能具有清洁、分布广泛、取之不尽等优点，太阳能电池的出现与发展为解决能源问题带来了希望。因此，发展太阳能电池进而解决能源危机成为能源领域研究的重点。其中，有机太阳能电池作为一种新型太阳能电池，相比硅基等传统太阳能电池具有质轻、半透明，可溶液加工等优点，具有更广泛的应用前景，特别是具有柔性可穿戴应用的潜力。
[0003]由于单结体异质结有机太阳能电池制备简单，极大的简化了有机太阳能电池的制备工艺，因此近几年来人们研究的重点是单结体异质结有机太阳能电池。目前为止，体异质结有机太阳能电池单结器件的能量转化效率已经超过18％，接近商业化应用的水平。但是，有机太阳能电池商业化应用仍然面临一些问题，主要包括：1.目前大部分高效率有机太阳能电池活性层均基于聚合物给体：小分子受体共混体系，该共混体系的力学性能较差，裂纹起始应变小于10％，弹性模量在1GPa左右，无法满足有机太阳能电池柔性可穿戴应用要求(高裂纹起始应变，低弹性模量)。因此，如何在保持有机太阳能电池较高能量转化效率的情况下改善活性层的力学性能成为亟待解决的问题。2.目前高效率有机太阳能电池成本较高，主要原因在于活性层成本较高，有机光伏活性层主要由电子给体材料和电子受体材料组成，给体、受体材料合成复杂，价格昂贵，如何降低活性层和有机太阳能电池的成本也是有机太阳能电池商业化面临的一项挑战。一般情况下，高效有机光伏给体、受体材料的市场价格约为每克1
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3万元左右。3.有机太阳能电池具有半透明性的优点，但是如何在较高效率情况下进一步提高有机太阳能电池的半透明性也是有机太阳能电池面临的挑战之一。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池及其制备方法，本专利技术是将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，在保持或提高有机太阳能电池光伏性能的情况下，提高活性层的可拉伸性(延展性)，降低活性层的刚性(弹性模量)，并同时降低活性层的成本和提高活性层的透明性，制备得到较低成本、较高半透明性、并同时具有优良光伏性能和力学性能的有机太阳能电池。
[0005]对于所述的基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，随着热塑性弹性体含量的增加，有机太阳能电池的光伏性能会先升高后下降(或逐渐下降)，成本会逐渐降低，透明性会逐渐增加，同时，活性层的可拉伸性会逐渐增加，刚性会逐渐降低。虽然热塑性弹性体不具有光伏性能，但是少量热塑性弹性体加入会改善活性层聚集态结构，有利于光伏性能。此外，热塑性弹性体成本低，透明性好，可拉伸性(延展性)优异，刚性(弹性模量)低。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，是将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量(给体+受体+热塑性弹性体)的范围是2
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90％。
[0008]一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，是将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量(给体+受体+热塑性弹性体)的范围是2
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23.1％。
[0009]所述的热塑性弹性体选自苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氨酯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、酯类热塑性弹性体、二烯类热塑性弹性体、酰胺类热塑性弹性体、有机氟类热塑性弹性体、有机硅类热塑性弹性体、乙烯类热塑性弹性体、离子型热塑性弹性体或熔融加工型热塑性弹性体等。
[0010]一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池制备方法；将热塑性弹性体作为第三组份与电子给体、电子受体材料共混，制备得到活性层，之后再基于该活性层制备成有机太阳能电池。
[0011]所述的活性层的制备方法：将所述热塑性弹性体、电子给体材料和电子受体材料溶于有机溶剂，将得到的混合溶液沉积至所述空穴传输层或电子传输层表面，形成活性层。
[0012]所述的活性层的溶液沉积方法包括旋涂、刮涂、印刷等方法。
[0013]所述的有机溶剂包括氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯、甲苯、二甲苯、或四氢呋喃等。
[0014]所述的活性层的厚度为20
‑
1000nm。优选活性层的厚度为50
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300nm。
[0015]所述的机太阳能电池是正置器件结构，从下向上依次为导电基底、空穴传输层、活性层、界面层以及金属电极；或是是倒置器件结构，从下向上依次为导电基底、电子传输层、活性层、空穴传输层以及金属电极。
[0016]本专利技术中，所述的热塑性弹性体拉伸性能优异，断裂伸长率在100％
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10000％，弹性模量较小，为0.01
‑
1000MPa。
[0017]本专利技术中，所述的热塑性弹性体与高效率有机光伏材料相比成本较低，廉价易得。
[0018]本专利技术中，所述的热塑性弹性体在300
‑
1000nm波段范围不吸光或较吸光较弱，透明性良好。
[0019]本专利技术中，所述的活性层中，电子给体材料选自聚(对亚苯基亚乙烯)类、聚(亚芳基亚乙烯基)类、聚(对亚苯基)类、聚(亚芳基)类、聚噻吩类、聚喹啉类、吓啉类、酞菁类或者由吸电子共轭单元与给电子共轭单元偶联组成的共聚物等；电子受体材料选自:富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物、酰亚胺类受体、稠环电子受体、非稠环电子受体等。
[0020]本专利技术中，所述吸电子共轭单元为吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)或者噻吩并噻吩(TT)等,所述给电子共轭单元为咔唑(Cz)、芴(F)、苯并二噻吩(BDT)、苯并二呋喃(BDT)、二噻吩并苯(BDP)或引达省(IDT)等。
[0021]本专利技术中，对给体材料和受体材料的类型没有特别的限制，只要具有光伏性能的给体、受体共混体系即可。
[0022]下面是一些常见的材料的结构式；
[0023]热塑性弹性体：苯乙烯
‑
乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物SEBS，苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙
烯嵌段共聚物SBS；
[0024]给体：PM6,PBDB
‑
T,D18,PDCBT
‑
Cl；
[0025]受体：N3,Y6,BTP
‑
BO
‑
4Cl,N2200,F
‑
N2200,ITIC,PC
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BM：
[0026][0027]本专利技术中，所述的有机太阳能电池的器件结构没有特殊要求，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，其特征是，将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量2
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90％；总质量为给体+受体+热塑性弹性体。2.一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，其特征是，将热塑性弹性体作为第三组份引入到由给受体组成的活性层中，热塑性弹性体占活性层材料总质量2
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23.1％；总质量为给体+受体+热塑性弹性体。3.如权利要求1或2所述的基于热塑性弹性体的有机太阳能电池，其特征是，热塑性弹性体选自苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氨酯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、酯类热塑性弹性体、二烯类热塑性弹性体、酰胺类热塑性弹性体、有机氟类热塑性弹性体、有机硅类热塑性弹性体、乙烯类热塑性弹性体、离子型热塑性弹性体或熔融加工型热塑性弹性体。4.一种基于热塑性弹性体的有机太阳能电池制备方法；其特征是，将热塑性弹性体作为第三组份与电子给体、电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶龙，彭忠祥，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：